18.07.2023

CRISPR: Mit Gentechnik veränderte Bäume sollen mehr nachhaltiges Holz produzieren

Die Multiplex-CRISPR-Genom-Editierungsstrategie könnte eine Lösung für ein zentrales betriebliches Problem in der Papier- und Zellstoffindustrie darstellen. Das zumindest behaupten US-Wissenschaftler.
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CRISPR
(c) Stock.Adobe/peggy - Gentechnisch veränderte Pappeln sollen eine höhere Papierproduktion ermöglichen.

Wie im Wissenschaftsmagazin “Science” beschrieben, hat ein Team an der Ohio State University bereits 2022 herausgefunden, dass die Bäume heute dank Kohlendioxid um 30 Prozent größer sind als bisher. Doch trotz dieser Tatsache sei die Holzfaserproduktion weniger effizient und produktiv, wenn es darum geht, die wachsende Nachfrage nach erneuerbaren Geweben, Papier, Verpackungen, Textilien und anderen Faserprodukten zu decken. Aus diesem Grund haben der Wissenschaftler Daniel Sulis und seine Kollegen CRISPR-Editing eingesetzt, um Holz so zu gestalten, dass das Lignin – das gespalten und gelöst werden muss – für die Faserproduktion besser geeignet ist. Die Forschungsergebnisse wurden am Donnerstag veröffentlicht.

CRISPR verbessert Holzeigenschaft

“Die Fähigkeit, Fasern aus Holz zu isolieren, wird weitgehend durch den Gehalt und die Zusammensetzung von Lignin bestimmt, einem Biopolymer, das chemischem und enzymatischem Abbau gegenüber unempfindlich ist. In mehr als fünf Jahrzehnten Forschung wurden die einzelnen Komponenten der Ligninbiosynthese eingehend untersucht”, heißt es in einer Pressemitteilung zu der neuen Entwicklung.

Diese Bemühungen konzentrierten sich jedoch vorwiegend auf die Veränderung einzelner Gene oder Genfamilien. Hier zeigen Sulis und Kollegen, dass das strategische Multiplex-CRISPR-Editing von Genen der Monolignol-Biosynthese die Holzeigenschaften über das hinaus verbessert, was durch das Editing einzelner Gene oder Genfamilien erreicht werden kann.

Ein Plus von 228 Prozent

Die Autoren nutzten ihren Ansatz, um eine veränderte Holzzusammensetzung bei einer Pappelart zu erzeugen, bei der das CRISPR-Editing das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Lignin im Holz um bis zu 228 Prozent gegenüber dem Wildtyp erhöht, was die Voraussetzungen für einen effizienteren Faseraufschluss schafft.

Darüber hinaus könnten Bäume, die so bearbeitet wurden, dass sie weniger Lignin enthalten, die Papierherstellung weniger umweltbelastend gestalten.

“Das bearbeitete Holz mildert einen wichtigen Engpass in der Faserproduktion (…) und könnte beispiellose betriebliche Effizienz, bioökonomische Möglichkeiten und Umweltvorteile mit sich bringen”, so die Autoren in ihrem Paper.

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ÖBB: “Schon über 40.000 3D-gedruckte Bauteile auf österreichischen Schienen”

Die ÖBB nutzen mittlerweile in großem Ausmaß Ersatzteile aus dem 3D-Drucker. Sie setzen dabei auf das Unternehmen Nevo3D aus dem oberösterreichischen Schörfling am Attersee, das nach der Insolvenz des Vorgängers Evo-Tech im Dezember 2023 Anfang des Jahres neu gegründet wurde.
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ÖBB Railjet
Symbolfoto ÖBB Railjet | © ÖBB/Philipp Horak

Zwischen all den einander abwechselnden Hypes im Technologie-Bereich finden einige Innovationen zwischenzeitlich weniger Beachtung in der öffentlichen Wahrnehmung – so etwa der vor einigen Jahren gehypte 3D-Druck. Dabei hat sich auch dort in den vergangenen Jahren einiges getan. Ein Beispiel dafür sind die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die die Technologie mittlerweile umfassend einsetzen.

“Bereits knapp 1.000 3D-druckfähige Bauteile im virtuellen Ersatzteil- und Modernisierungslager”

“Schon heute fahren über 40.000 3D-gedruckte Bauteile auf österreichischen Schienen. Wir haben bereits knapp 1.000 3D-druckfähige Bauteile in unserem virtuellen Ersatzteil- und Modernisierungslager. Unser Ziel ist es, bis 2028 die Anzahl auf 5.000 digitalisierte Bauteile zu erhöhen”, wird Sebastian Otto, Leiter Additive Fertigung bei ÖBB Technische Services, in einer Aussendung des oberösterreichischen Unternehmens Nevo3D zitiert. Dieses führt die Geschäfte des im Dezember 2023 in Insolvenz gegangenen Anbieters Evo-Tech weiter und wurde Anfang dieses Jahrs gegründet.

Reparieren statt entsorgen dank 3D-Druck

Zunächst Evo-Tech und nun Nevo3D arbeitet seit Jahren mit der ÖBB im Bereich 3D-Druck zusammen. “Durch den Einsatz von 3D-Drucklösungen können Baugruppen repariert werden, die ansonsten entsorgt worden wären, obwohl nur ein Teil davon defekt ist. Darüber hinaus können Einzelteile sowie Kleinserien für die Modernisierung der Fahrzeugflotte gefertigt werden”, heißt es vom Unternehmen. Dies trage dazu bei, den Materialverbrauch zu reduzieren, Abfälle zu minimieren und Lieferwege sowie Lieferzeiten kurz zu halten. Das soll letztlich auch bei der Erreichung der Klimaziele helfen.

Neues Material aus Partnerschaft zwischen Nevo3D und Kimya bereits in ÖBB-Railjets im Einsatz

Nun ging Nevo3D eine Partnerschaft mit dem Materialhersteller Kimya ein, um eine Systemlösung zu entwickeln, die speziell auf die Bedürfnisse der Bahnindustrie zugeschnitten sei und die höchsten Brandschutzstandards erfülle. Das neue Material werde von den ÖBB bereits in Railjets eingesetzt, heißt es von Nevo3D. Die neue Lösung basiere auf Polycarbonat (PC) und erreiche eine Kostenersparnis von bis zu 80 Prozent im Vergleich zum bisherigen Standard. Dadurch sollen auch Einsatzbereiche wirtschaftlich werden, die es bislang nicht waren.

Kombination mit Lackierung soll weitere Einsatzmöglichkeiten schaffen

Für die Zukunft plane man die Zertifizierung von 3D-gedruckten Bauteilen in Kombination mit einer speziellen Lackierung, heißt es von Nevo3D: “Dies würde die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in der Bahnindustrie weiter ausbauen und die Implementierung beschleunigen.”

Nevo3D: Neben ÖBB auch Siemens, VW, Lufthansa u.a. als Referenzkunden

Neben dem Verkauf von 3D-Drucklösungen, also 3D-Druckern, Materialien und Prozessparametern, bietet Nevo3D auch Druckdienstleistungen an. Dazu betreibt das Unternehmen selbst 20 Maschinen. Ein neues 3D-Druckzentrum in Schörfling am Attersee wird Anfang Juni eröffnet. Neben den ÖBB nennt die Firma auf ihrer Page eine Reihe weiterer großer Referenzkunden, darunter Siemens, Volkswagen, voestalpine, Bosch, BASF und die Lufthansa.

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